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DISPOSITIF DE FILTRATION POUR APPAREIL DE
PURIFICATION D'AIR
La présente invention concerne de manière générale le domaine des appareils
purificateurs d'air ambiant et plus particulièrement des dispositifs de
filtration pour ce
type d'appareil et ayant des capacités d'absorption notamment des aldéhydes et
formaldéhyde.
Par aldéhyde, on désigne toute molécule organique ayant une fonction carbonyle
terminale choisie de préférence parmi le formaldéhyde, l'acétaldéhyde, le
propionaldéhyde, le butyraldéhyde, l'acroléine, le pentanal, l'hexanal et le
benzaldéhyde.
Les aldéhydes comptent parmi les polluants chimiques domestiques les plus
abondants. Leurs sources sont extrêmement nombreuses. Elles peuvent être
notamment
en relation avec une production extérieure comme la photo-oxydation du
méthane.
Cependant, les sources principales d'émission des aldéhydes se trouvent à
l'intérieur des
habitations et sont très diverses : les résines et les colles servant à
fabriquer les bois
agglomérés, les panneaux de particules et les contreplaqués, les mousses
isolantes
uréeformol utilisées comme isolant thermique, par injection dans les murs et
les
cloisons, dans les revêtements textiles, papiers peints, peintures, cuirs...
Le formaldéhyde est également un agent conservateur, désinfectant et
déshydratant. Pour ces raisons, il est abondamment employé comme solvant en
milieu
hospitalier pour la désinfection des instruments chirurgicaux mais aussi dans
l'industrie
des services funéraires où l'on pratique la thanatopraxie.
Compte tenu des effets nocifs de tels polluants chimiques sur la santé
publique,
il apparaît nécessaire d'assurer la purification de l'air ambiant des
bâtiments
d'habitation en réduisant la teneur en aldéhydes, et notamment en
formaldéhyde, et
offrant de nouveaux dispositifs de dépollution.
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Selon l'art antérieur connu, les méthodes d'épuration des polluants chimiques
gazeux présents dans l'air ambiant peuvent se classer en 2 catégories :
- Destruction du polluant par dégradation des composés organiques jusqu'à
minéralisation totale c'est-à-dire jusqu'à les transformer en CO2 et H20 par
oxydation
ou photo-oxydation.
- Piégeage par des matériaux adsorbants poreux qui retiennent les
polluants,
mais ne les dégradent pas. Ces matériaux sont de type zéolite ou charbon actif
et sont
couramment utilisés dans le traitement de l'air ambiant pour piéger les
composés
organiques volatils et les odeurs.
La première catégorie est réalisée à partir de dispositifs utilisant des
oxydants
tels que l'ozone, ou favorisant l'oxydation comme les plasmas ou la photo-
catalyse.
La deuxième catégorie utilise les pouvoirs et les capacités adsorbants des
matériaux poreux à grande surface spécifique (> 100m2/g), elle ne permet pas
de
dégrader les molécules, elle les retient sur un média poreux.
La première catégorie présente les désavantages d'être complexe et
relativement
coûteuse. De plus elle peut générer des produits de sous décomposition qui
peuvent
s'avérer plus dangereux que le composé éliminé.
La deuxième catégorie présente l'inconvénient d'avoir des taux de piégeage
très
différents d'un composé chimique à éliminer à un autre. Par exemple, le
charbon actif
est efficace pour adsorber des composés aromatiques, mais est reconnu comme
inefficace pour adsorber des aldéhydes. Par ailleurs, dans cette deuxième
catégorie, le
média poreux est susceptible de relarguer les molécules polluantes lorsqu'il
est saturé
ou soumis à une augmentation de températures ou d'humidité relative ou à une
diminution de la concentration en polluant piégé. C'est le cas, par exemple,
du charbon
actif ou de la zéolite.
WO 2014/07808 décrit des matériaux poreux couramment utilisés pour adsorber
des composés organiques volatils, notamment la zéolite ou le charbon actif :
ce
document décrit aussi des cartouches qui adsorbent des composés organiques
volatils ;
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ces cartouches adsorbantes peuvent être combinées avec des cartouches de
filtration de
CO2 à base d'alumine afin d'adsorber un maximum de gaz nocifs.
Selon FR 2890745, un matériau poreux particulièrement efficace pour
l'élimination des aldéhydes et plus précisément du formaldéhyde est une
matrice
nanoporeuse d'oxydes métalliques comportant au moins une fonction réactive aux
aldéhydes.
Les fabricants de matériaux adsorbants travaillent sur l'amélioration de
l'efficacité de leurs matériaux en les fonctionnalisant. Malheureusement,
cette
fonctionnalisation se fait par imprégnation, ce qui a le désavantage de
limiter l'accès à
la surface spécifique dans le cas de fortes imprégnations, et donc de limiter
les capacités
de piégeage si l'on souhaite en imprégner une quantité suffisante.
Dans un premier aspect, un objectif de l'invention est d'améliorer les
performances des dispositifs de filtration pour appareil de purification de
l'air ambiant
en y combinant un matériau absorbant ou adsorbant classique de composés
chimiques
polluants de l'air ambiant et un média adsorbant spécifique. On appellera
média
adsorbant spécifique ou encore média filtrant, tout matériau capable
d'adsorber des
composés chimiques polluants de l'air ambiant pour lesquels les matériaux
adsorbants
classiques n'ont pas d'efficacité ; sont visés en particulier les aldéhydes et
notamment le
formaldéhyde.
Dans un second aspect, un objectif de l'invention est de piéger de manière
définitive les polluants de l'air ambiant par absorption.
Dans un troisième aspect, un objectif de l'invention est d'éviter le relargage
dans
l'air ambiant de polluants susceptibles d'être relargués par des matériaux
adsorbants
classiques tels que notamment la zéolite ou le charbon actif.
Ainsi, le dispositif de l'invention comprend ou est constitué d'au moins deux
cartouches filtrantes, dont une contient un matériau absorbant ou adsorbant
classique, et
une autre contient un média adsorbant spécifique, ledit dispositif assurant le
passage de
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l'air ambiant à travers les au moins deux cartouches, en vue du piégeage
définitif et en
grande quantité de la grande majorité des polluants atmosphériques.
Plus précisément, le dispositif de l'invention est un dispositif de filtration
pour
appareil de purification de l'air comprenant une première structure de
cartouche filtrante
contenant un matériau absorbant ou adsorbant classique choisi notamment parmi
le
charbon actif ou la zéolite, caractérisé en ce que le dispositif de filtration
comprend une
deuxième structure de cartouche filtrante distincte assurant le maintien d'un
média
filtrant constitué d'un matériau adsorbant spécifique poreux fonctionnalisé
avec au
moins une molécule sonde de manière à permettre de piéger des polluants
chimiques du
type aldéhydes.
Dans un mode de réalisation, le matériau adsorbant spécifique est fabriqué par
un procédé sol-gel pour incorporation dans une structure poreuse, de
préférence
nanoporeuse, d'oxydes métalliques, des molécules sondes aptes à piéger des
aldéhydes.
Avantageusement, ce procédé est un procédé d'incorporation One-Pot.
Dans un mode de réalisation, la molécule sonde portant une fonction réactive
pouvant réagir avec une fonction aldéhyde est choisie parmi les énaminones et
les
couples 13-dicétone/amine correspondants, les imines, les amines, les imides
et les
hydrazines, ou les sels dérivés de ces composés.
Dans un mode de réalisation, la structure assurant le maintien du média
filtrant
est une structure rigide alvéolaire, les alvéoles contenant le média filtrant.
Dans un mode de réalisation, un film micro-perforé est assemblé sur les faces
amont et aval de la structure rigide alvéolaire.
Dans un mode de réalisation, le taux de remplissage des alvéoles par le média
filtrant est supérieur à 40%, de préférence supérieur à 50%.
Dans un mode de réalisation, le matériau adsorbant spécifique est sous forme
de
granulés. De préférence, les granulés sont cylindriques, avec un rapport L/D>1
dans
lequel L correspond à la longueur d'un granulé et D correspond au diamètre
d'un
granulé ; D est de préférence compris entre 0,1 et 8 mm, très
préférentiellement entre 1
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et 5 mm, plus préférentiellement entre 2 et 4 mm, encore plus
préférentiellement
environ 3 mm; L est de préférence compris entre 1 et 20 mm, très
préférentiellement
entre 2 et 10 mm, plus préférentiellement est environ 5,5 mm. Le terme environ
dans la
présente demande de brevet, précédant une valeur chiffrée, signifie une
variation de plus
5 ou moins 15% de cette valeur chiffrée.
Dans un mode de réalisation, la structure assurant le maintien du média
filtrant
est un assemblage de plusieurs films, par exemple du type tissu poreux non
tissé sur
lesquels sont imprégnés/saupoudrés et/ou pris en sandwich le média filtrant
avec ou
sans le matériau absorbant ou adsorbant classique.
Dans un mode de réalisation, la masse de matériau adsorbant spécifique
représente entre 5 et 95% de la masse de matériau absorbant ou adsorbant
classique.
Dans un mode de réalisation, la surface spécifique du matériau adsorbant
spécifique est comprise entre 400 et 1200 m2/g, de préférence entre 450 et 800
m2/g, très
préférentiellement environ 600 m2/g.
La présente demande concerne également un appareil de purification de l'air
comprenant le dispositif de filtration défini dans l'une des variantes ci-
dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront
plus
clairement à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de
réalisation de
l'invention donnés à titre d'exemple nullement limitatifs et illustrés par les
dessins
annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue éclatée d'un appareil de filtration
comprenant le
dispositif de filtration;
- la figure 2 représente schématiquement une première structure de
cartouche
filtrante;
- les figures 3A et 3B représentent respectivement une vue de face et une vue
en
perspective d'une deuxième structure du dispositif de filtration ;
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- la figure 4 représente l'évolution de la concentration de formaldéhyde
dans une
pièce avec une première variante de réalisation du dispositif de filtration ;
- la figure 5 représente l'évolution de la concentration de formaldéhyde
dans une
pièce avec une deuxième variante de réalisation du dispositif de filtration.
L'invention a pour objectif majeur un dispositif de filtration comprenant une
pluralité de matériaux filtrants. Les différents matériaux filtrants combinés
ou séparés
permettent d'éliminer par absorption et adsorption les composés organiques
volatils
présents dans l'air ambiant. Selon l'invention, les composés organiques
volatils
adsorbés et adsorbés sont notamment des aldéhydes et/ou des solvants. Le
dispositif de
filtration est destiné à être installé dans un appareil de purification de
l'air ambiant
pouvant fonctionner à des débits de quelques m3/h à plusieurs milliers de
m3/h.
La figure 1 représente un appareil 100 de purification de l'air ambiant
susceptible de recevoir le dispositif de filtration selon l'invention.
L'appareil comprend
essentiellement un boitier 101 comprenant un logement 108 pour un dispositif
de
filtration 110. Le logement 108 est fermé par un couvercle 102. Des ouïes
d'entrée (non
représentées) sont formées pour permettre à l'air ambiant de pénétrer dans
l'appareil
100. Dans un mode de réalisation, les ouïes d'entrée sont situées au voisinage
du
couvercle 102 du boîtier 101. Dans un mode de réalisation, les ouïes d'entrée
ne sont
pas situées au voisinage du couvercle 102 du boîtier 101. Le logement comprend
en
amont du dispositif de filtration 110 un motoventilateur (non représenté) qui
crée une
aspiration dans le logement 108 au travers d'une grille 107. Dans un mode de
réalisation, la forme de la grille 107 est circulaire. Dans un mode de
réalisation, la
forme de la grille 107 est quelconque. Le boitier 101 comprend également des
orifices
de sortie 109 de l'air purifié. Dans un mode de réalisation, ces orifices de
sortie 109
sont placés sur la partie supérieure du boitier 101. Dans un autre mode de
réalisation,
ces orifices de sortie 109 sont placés sur une autre face du boitier 101.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de filtration 110 comprend au moins
deux cartouches filtrantes 104 et 106. Dans un mode de réalisation de
l'invention, le
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dispositif de filtration comprend quatre cartouches filtrantes distinctes 103,
104, 105,
106, telles que représentées en figure 1.
Selon l'invention, une première structure de cartouche filtrante 104 contient
un
matériau absorbant ou adsorbant classique choisi parmi le charbon actif ou les
zéolites.
Selon l'invention, le dispositif de filtration 110 comprend une deuxième
structure de
cartouche filtrante 106, distincte de la première, contenant un média filtrant
dans la
variante de réalisation représentée en figure 1.
Ce média filtrant est constitué d'un matériau adsorbant spécifique pour piéger
des composés très mal éliminés par le matériau absorbant ou adsorbant
classique
comme par exemple les composés de type aldéhydes et plus particulièrement le
formaldéhyde.
Le matériau adsorbant spécifique est un matériau apte à piéger spécifiquement
un polluant ou une famille de polluants. Par exemple le média filtrant peut
piéger la
famille des aldéhydes par l'intermédiaire de molécules sondes (ou principe
actif)
adaptées et incorporées dans une structure poreuse, de préférence
microporeuse, très
préférentiellement nanoporeuse. Un choix éclairé de molécules sondes peut
permettre
de piéger plus spécifiquement un polluant comme par exemple le formaldéhyde.
Le
procédé de fabrication du matériau adsorbant spécifique de type sol-gel permet
une
introduction du principe actif lors de son élaboration en One-pot (in situ) et
non pas par
imprégnation. Le procédé de fabrication du matériau adsorbant spécifique
permet
d'introduire beaucoup de principes actifs sans imprégnation. La saturation de
la surface
spécifique par imprégnation est ainsi évitée. Dans un mode de réalisation, le
matériau
adsorbant spécifique ne contient ni zéolite ni charbon actif
Dans un mode de réalisation préféré, l'air ambiant pénétrant par les ouïes
d'entrée au sein du logement 108 traversera, dans un premier temps, la
cartouche
filtrante 104 contenant un matériau absorbant ou adsorbant classique. Dans ce
même
mode de réalisation préféré et dans un second temps, l'air traversera le média
filtrant
contenant un matériau adsorbant spécifique.
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Dans un mode de réalisation, les cartouches filtrantes ont une forme de
cylindre.
Dans un mode de réalisation, les cartouches filtrantes ont une forme de
parallélépipède.
Dans un mode de réalisation, les cartouches filtrantes sont planes. Dans un
mode de
réalisation, les cartouches filtrantes sont en volume. Dans un mode de
réalisation, les
cartouches filtrantes sont définies dans un repère orthogonal. La plus faible
des
dimensions en comparaison avec les deux autres dimensions (x et y) sera l'axe
z. Dans
un mode de réalisation, z et le flux d'air ont une direction commune. Dans un
mode de
réalisation, z et le flux d'air ont des directions différentes.
Dans un mode de réalisation, les cartouches filtrantes ont des dimensions
équivalentes dans les trois directions. Dans un mode de réalisation, les
cartouches
filtrantes ont deux dimensions réduites en comparaison avec la troisième. Dans
ce mode
de réalisation, une des plus faibles dimensions pourra représenter z.
Dans un mode de réalisation, une cartouche filtrante supplémentaire 103 est un
film perforé pour arrêter les poussières et/ou débris. Dans ce mode de
réalisation, la
cartouche filtrante 103 est placée en amont dans le dispositif de filtration
110. Dans un
mode de réalisation, une cartouche filtrante supplémentaire 105 est un filtre
HEPA,
filtre à air capable de filtrer, en un passage, au moins 99,95 % des
particules de diamètre
supérieur ou égal à 0,3 m.
Les figures 2, 3A et 3B représentent des modes de réalisation de structures de
cartouches filtrantes susceptibles d'être utilisées dans le cadre de
l'invention.
Ces structures permettent de maintenir le média filtrant dans le flux d'air
traversant l'appareil de purification de l'air.
La figure 2 représente une structure 20 comprenant une succession de films 21.
Dans un mode de réalisation, le média filtrant est imprégné dans un film 21.
Dans un
mode de réalisation, le média filtrant est imprégné dans plusieurs films 21.
L'ensemble
des films 21 est ensuite assemblé pour former la cartouche filtrante. Dans un
mode de
réalisation, l'assemblage des films est réalisé par collage. Dans un mode de
réalisation,
l'assemblage des films est réalisé par soudage. Dans un mode de réalisation,
l'assemblage des films est réalisé par une technique d'assemblage.
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Les dimensions et le nombre de films 21 dépendent essentiellement des
performances souhaitées de l'appareil de purification de l'air. Dans un mode
de
réalisation, au moins un film 21 est fonctionnalisé par une molécule sonde.
Dans un
mode de réalisation, aucun film 21 n'est fonctionnalisé par une molécule
sonde.
Comme représentée en figures 3A et 3B, la cartouche filtrante 106 comprend
une structure 12 rigide alvéolaire. Dans un mode de réalisation, la structure
alvéolaire
est de type nid d'abeille. Dans un mode de réalisation, la structure
alvéolaire contient
des alvéoles de formes géométriques quelconques. Le média filtrant est placé
dans les
alvéoles 11 de la structure 12. Dans un mode de réalisation et afin de
garantir le
maintien du média filtrant dans les alvéoles 11, un film micro-perforé est
placé sur les
deux faces aval 14 et amont 15 de la structure 12 rigide alvéolaire. Dans un
mode de
réalisation, le film est totalement transparent vis-à-vis du flux d'air et ne
possède pas de
fonction de filtration. Dans un mode de réalisation, le film est partiellement
transparent
vis-à-vis du flux d'air. Dans un mode de réalisation, le film possède au moins
une
fonction de filtration.
Dans le cas du matériau adsorbant spécifique sol-gel, le polluant réagit avec
le
principe réactif pour donner un troisième corps d'un poids moléculaire plus
important et
moins nocif qui restera piégé dans le réseau nanoporeux du média filtrant
comprenant
un matériau adsorbant spécifique. Contrairement aux autres adsorbants, ce
matériau
adsorbant spécifique effectue un piégeage définitif par transformation
chimique
irréversible du polluant.
Ainsi en choisissant de façon appropriée la molécule sonde, il est possible
d'éliminer les polluants nocifs tels que le formaldéhyde, molécule que les
matériaux
adsorbants classiques ne peuvent pas ou peu éliminer.
A titre d'exemple, le matériau adsorbant spécifique est choisi parmi les
matériaux décrits dans le brevet FR 2890745.
Dans un mode de réalisation, le matériau adsorbant spécifique peut comprendre
une matrice nanoporeuse sol-gel d'oxydes métalliques, ladite matrice contenant
au
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moins une molécule sonde portant au moins une fonction réactive pouvant réagir
avec
une fonction aldéhyde.
La molécule sonde portant une fonction réactive pouvant réagir avec une
fonction aldéhyde peut être choisie parmi les énaminones et les couples 13-
5 dicétone/amine correspondants, les imines, les amines, les imides et les
hydrazines, ou
les sels dérivés de ces composés.
Les énaminones seront caractérisées par la formule ci-dessousWO
:
R
IL\
Ri
R2
dans laquelle :
10 - R1 correspond à un hydrogène, un radical alkyle ou aryle,
- R2 correspond à un hydrogène,
- R3 correspond à un hydrogène, un radical alkyle ou aryle,
- R4 correspond à un hydrogène, un radical alkyle ou aryle,
- R5 correspond à un hydrogène.
Par ailleurs, le couple I3-dicétone/amine répond à la formule ci-dessous :
H N¨ R4
T R1
R5
R2
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dans laquelle :
- R1 correspond à un hydrogène, radical alkyle ou aryle,
- R2 correspond à un hydrogène,
- R3 correspond à un hydrogène, un radical alkyle ou aryle,
- R4 correspond à un hydrogène, un radical alkyle,
- R5 correspond à un hydrogène, ou un sel correspondant,
L'amine pouvant être remplacée par son sel d'ammonium correspondant.
Par ailleurs, l'imine est une base de Schiff choisie parmi le jaune
d'acridine, le
jaune de méthyle ou de diméthyle.
L'hydrazine répond à la formule suivante :
N ..................... s H
dans laquelle :
- R6 correspond à un hydrogène, un radical alkyle en Cl-C20,
préférentiellement
en C 1 -C10, plus préférentiellement méthyle, éthyle, isopropyle, butyle,
isobutyle, tert-
butyle et pentyle, un radical aryle en C3-C16, notamment phényle et aryle
sulfonyle,
- R7 correspond à un radical aryle en C3-C16, notamment phényle et aryle
sulfonyle.
Selon l'invention, la matrice nanoporeuse sol-gel d'oxydes métalliques est
élaborée à partir d'au moins un oxyde métallique de formule ci-dessous :
M(X)m(0R8)n(R9)p
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dans laquelle :
- M correspond à un métal choisi parmi le silicium, l'aluminium, le titane,
le
zirconium, le niobium, le vanadium, l'yttrium et le cérium,
- R8 et R9 correspondent indépendamment à un radical alkyle ou aryle,
- n, m et p sont des entiers, tels que leur somme soit égale à la valence de M
et
que n soit supérieur ou égal à 2,
- X est un halogène.
Le matériau adsorbant spécifique tel que défini ci-dessus, permettant de
piéger
spécifiquement les aldéhydes et notamment le formaldéhyde, possède une
efficacité de
capacité de piégeage vis-à-vis du formaldéhyde supérieure à celle du charbon
actif dédié
aux composés organiques volatils et supérieure à celle du charbon actif
imprégné
spécifiquement pour le piégeage du formaldéhyde gazeux. La capacité de
piégeage
définitif du matériau adsorbant spécifique est au minimum 0,01g de
formaldéhyde par
gramme de matériau.
Selon l'art antérieur, le charbon actif ou les zéolites éliminent très mal les
aldéhydes et en particulier le formaldéhyde alors que ce gaz est d'une part
très présent
dans l'air ambiant et d'autre part nocif sur la santé. Ainsi, en associant
dans un dispositif
de filtration d'une part un matériau absorbant ou adsorbant classique et
d'autre part un
matériau adsorbant spécifique particulièrement efficace pour les aldéhydes et
notamment le formaldéhyde, le dispositif de filtration 110 selon l'invention
permet
d'éliminer à la fois les aldéhydes et en particulier le formaldéhyde grâce à
la présence du
matériau adsorbant spécifique nanoporeux fonctionnalisé avec des molécules
sondes et
les autres composés organiques volatils en particulier la famille des
hydrocarbures
aromatiques monocycliques (Benzène, Toluène, Ethylène, Xylène,...) grâce au
charbon
actif ou aux zéolites.
L'association des matériaux absorbants classiques et adsorbants spécifiques
est
constituée par association en structures de cartouches filtrantes 104, 106
successives
mono-matériau. Les cartouches classiques peuvent être un filtre à pollen, un
filtre de
charbon actif, un filtre HEPA, et associées à une ou plusieurs cartouches
selon
l'invention, qui peuvent être intercalées entre les cartouches classiques ou
placées en
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dernier, après les cartouches classiques. Ces associations permettent
d'éliminer les
aldéhydes ainsi que de purifier l'air ambiant et grâce à la disposition des
cartouches
filtrantes énoncée auparavant, de limiter le relargage causé par la zéolite ou
le charbon
actif. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de filtration
comprend
quatre cartouches filtrantes distinctes 103, 104, 105, 106, telles que
représentées en
figure 1. Dans un mode de réalisation, la cartouche filtrante 103 est un film
perforé pour
arrêter les poussières et/ou débris, la cartouche filtrante 104 contient les
matériaux
absorbants classiques, la cartouche filtrante 105 est un filtre HEPA, filtre à
air capable
de filtrer, en un passage, au moins 99,95 % des particules de diamètre
supérieur ou égal
à 0,3 ium et enfin la cartouche filtrante 106 contient le média adsorbant
spécifique.
Selon l'invention, les performances de dépollution/filtration de la cartouche
sont
déterminées notamment par les paramètres suivants :
- la proportion en masse entre le matériau absorbant ou adsorbant classique
et le
matériau adsorbant spécifique,
- la surface spécifique du matériau adsorbant spécifique,
- la forme du matériau adsorbant spécifique,
- les caractéristiques physiques et chimiques du matériau absorbant ou
adsorbant
classique.
La proportion en masse entre le matériau adsorbant spécifique et le matériau
absorbant ou adsorbant classique peut varier d'un facteur 5/95 à 95/5,
préférentiellement d'un facteur de 6/94 à 50/50 et encore plus
préférentiellement d'un
facteur 8/92 à 15/85: le choix particulier est réalisé en fonction de la
nature et de la
quantité des polluants présents dans l'air ambiant et des performances
souhaitées à
atteindre.
A titre d'exemple pour un air contenant 20iag/m3 de formaldéhyde et 200iag/m3
d'autres composés organiques volatils, il sera utilisé préférablement un
rapport massique
matériau adsorbant spécifique/charbon actif de 10/90. Toutefois, il est
possible de
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d'améliorer drastiquement l'efficacité du média filtrant selon l'invention en
doublant,
quadruplant, etc. la quantité de matériau adsorbant spécifique.
Ainsi dans le cas d'air ambiant très pollué en formaldéhyde contenant par
exemple 10 fois plus de formaldéhyde que d'autres composés organiques
volatils, il
pourra être utilisé un dispositif de filtration 110 avec un rapport de
matériau adsorbant
spécifique/charbon actif de 90/10.
La surface spécifique recherchée pour le matériau adsorbant spécifique est
inversement proportionnelle à la taille des pores. Ainsi, plus la surface
spécifique est
grande plus la taille des pores est petite. Ainsi pour avoir une surface
spécifique de
l'ordre de 800m2/g, le diamètre des pores est typiquement entre 0.20 et 10 nm.
Le meilleur compromis entre une surface spécifique maximum qui permet
d'accroître la capacité et l'efficacité de piégeage et une limite à ne pas
dépasser afin
d'avoir des pores de taille suffisante pour que les polluants puissent entrer
dans les pores
est recherché. La plage de surface spécifique visée se situe entre 100 et
1500m2/g
dépendant de la taille de la molécule polluante à éliminer, et
préférentiellement entre
600 et 800m2/g pour le formaldéhyde.
Le choix de la forme de granulé pour le matériau adsorbant spécifique est
déterminé pour avoir le maximum de surface de léchage (surface externe du
granulé)
pour accroître l'efficacité de piégeage tout en ayant la plus faible perte de
charge pour
minimiser l'énergie nécessaire à la dépollution. Dans un mode de réalisation,
le granulé
est cylindrique. Dans un mode de réalisation, le granulé est sphérique. Dans
un mode de
réalisation, le granulé est de forme allongée. Dans un mode de réalisation, le
granulé est
de forme quelconque.
Les formes cylindriques de forme allongée, c'est-à-dire ayant un rapport L/D
>1
(L longueur, D diamètre), sont très intéressantes car elles sont facilement
fabricables par
moulage ou extrusion. Leurs formes allongées évitent que les surfaces planes
s'accolent
pour ne pas diminuer la surface de léchage et ne pas augmenter de pertes de
charges et
de l'énergie. Dans ce cas, les dimensions (longueur) de l'ordre du millimètre,
préférentiellement de 0,1 à 8mm, conduisent également au meilleur compromis.
Dans
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un mode de réalisation, le matériau adsorbant spécifique se présente sous la
forme de
granulés cylindrique avec une longueur L = 5,5 mm et un diamètre D = 3 mm.
Selon un autre mode de réalisation, le granulé peut prendre la forme broyée
conduisant à des particules de l'ordre du millimètre, préférentiellement de
0,12 à 8mm.
5 Cette
forme présente également un intérêt car elle donne, pour un diamètre de
particule
sensiblement identique, une surface de léchage supérieure à celle des
particules
sphériques de même diamètre.
Des granulés de taille inférieure au millimètre peuvent être également
utilisés à
condition d'utiliser des supports (fibre) inter-granulés permettant de
disperser le granulé
10 pour
diminuer la perte de charge. Il peut dans ce cas s'envisager des films de
granulés
de matériau adsorbant spécifique emprisonnés dans des tissus permettant
d'augmenter
la surface du filtre afin de diminuer les pertes de charges.
Par ailleurs, d'autres critères tels que les dimensions de la structure rigide
alvéolaire et le taux de remplissage des alvéoles peuvent également être
ajustés pour
15 obtenir
les performances souhaitées de la cartouche filtrante selon l'invention.
Ainsi, la
taille des alvéoles de la structure est comprise entre 1 et 15 et
préférentiellement entre 1
et 10 fois la taille maximale d'un granulé de matériau adsorbant spécifique.
Cette
dimension permet d'obtenir une bonne répartition des granulés dans les
alvéoles et de
pouvoir recevoir au minimum 1 granulé par alvéole de la structure rigide
alvéolaire.
De même, le taux de remplissage des alvéoles de média filtrant est par exemple
d'au moins 40%. Ceci permet de limiter l'encombrement d'une deuxième structure
de la
cartouche filtrante 106 selon l'invention.
Le dispositif de filtration 110 selon l'invention ne remet pas en cause
l'architecture générale des appareils de purification de l'air ambiant connue.
En effet, il
suffit d'insérer les différentes structures de cartouches filtrantes aux
emplacements
prévus dans le logement 108 de l'appareil de purification. La composition et
les
caractéristiques de la cartouche filtrante selon l'invention seront alors
ajustées en
fonction des caractéristiques de l'appareil de purification de l'air ambiant,
notamment
en fonction du débit d'air et des dimensions de la cartouche.
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Le dispositif de filtration pourra être caractérisé par un ratio de matériau
défini
par le rapport entre la masse de matériau adsorbant spécifique (g) et le débit
d'air
(m3/h) de l'appareil. Dans un mode de réalisation, le ratio de matériau sera
compris
entre 1/10 et 1, plus préférentiellement à 1/7.
Exemples de dimensionnement du dispositif de filtration 110 selon l'invention
:
Le premier exemple est défini pour réaliser la dépollution d'une pièce ayant
les
caractéristiques suivantes :
- volume : 12m3,
- renouvellement d'air neuf : 5m3/h,
- taux d'émission de formaldéhyde : 70,61..tg/m3.
Les caractéristiques de l'appareil de purification utilisant la cartouche
filtrante
selon l'invention sont les suivantes :
- débit d'air : 140m3/h,
- masse de matériau adsorbant spécifique : 20g.
- ratio de matériau/débit d'air : 1/7.
En figure 4 est représentée l'évolution de la concentration de formaldéhyde
dans
la pièce.
La courbe A représente la valeur témoin à 70,61..tg/m3 sans appareil de
purification de l'air ambiant selon l'invention.
La courbe B représente la variation de la concentration lorsque l'appareil de
purification de l'air ambiant selon l'invention est en fonctionnement.
Ainsi, on note qu'en quelques heures de fonctionnement le taux d'émission de
formaldéhyde descend sous 20i..tg/m3 (inférieur au taux de 30i..tg/m3
recommandé dans
les établissements recevant du public).
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Le deuxième exemple est défini pour réaliser la dépollution d'une pièce ayant
les mêmes caractéristiques que dans l'exemple précédent mais avec les
caractéristiques
de l'appareil de purification de l'air ambiant utilisant la cartouche
filtrante selon
l'invention qui sont les suivantes :
- débit d'air : 70m3/h,
- masse de matériau adsorbant spécifique : 10g.
- ratio de matériau /débit d'air: 1/7.
En figure 5 est représentée l'évolution de la concentration de formaldéhyde
dans
la pièce.
La courbe A' représente la valeur témoin à 70,61..tg/m3 sans appareil de
purification de l'air ambiant selon l'invention.
La courbe B' représente la variation de la concentration lorsque l'appareil de
l'air ambiant selon l'invention est en fonctionnement.
Ainsi, on note qu'en quelques heures de fonctionnement, le taux d'émission de
formaldéhyde est de l'ordre de 30i..tg/m3.
On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour
l'homme du métier peuvent être apportées aux modes de réalisation de
l'invention
décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention
défini par les
revendications annexées.
Ainsi, les exemples de réalisation ont été donnés pour un appareil de
purification
de l'air ambiant à usage domestique (pièce de quelques m3). Des applications
des
cartouches filtrantes selon l'invention dans un appareil de purification d'air
ambiant de
plus grandes dimensions (par exemple adapté pour un établissement recevant du
public)
sont envisageables. Il suffit soit d'utiliser plusieurs cartouches soit des
cartouches de
plus grandes dimensions.
